—第一章常用半导体器件.ppt

1.2 双极型晶体管 双极型晶体管通称晶体三极管。其内部有两个PN结。因其内部有两种载流子参与导电，故称为双极型管。与之对应的，还有场效应管（其中只有一种载流子参与导电）。 晶体三极管的最显著的特性是具有电流放大作用。即在满足一定的条件下，某个电极的电流是另一个电极电流的一个相对固定的倍数。利用这一点，可以实现对弱信号的放大。 晶体三极管也分为小功率管、中功率管和大功率管。同时，还分为低频三极管和高频三极管。 晶体三极管必须满足一定的条件才会具有放大作用。这种条件分为内部条件和外部条件。内部条件是其结构必须满足一定的工艺要求，而外部条件则是必须对其两个PN结进行正确的偏置。 1.3.1 晶体管结构及类型 1.2 双极型晶体管 晶体三极管具有： ① 三个电极：基极b、发射极e、集电极c。 ② 三个区：发射区、基区、集电区。 ③ 两个PN结：发射结、集电结。 晶体三极管具有电流放大作用的内部条件： ① 发射区高掺杂，基区低掺杂。 ② 基区宽度很薄。 ③ 集电区面积很大，能够包围基区。 晶体三极管具有电流放大作用的外部条件：发射结正偏，集电结反偏。 1.1 半导体基础知识 半导体概念：导电性能介于导体与绝缘体之间的物质。特点是： ① 导电性能受环境因素影响；② 可通过某种工艺改变其导电性能。 电子器件采用的半导体材料：主要是硅材料和鍺材料。其次还有砷化镓和磷化镓材料。——半导体材料在制造电子器件之前首先要经过提纯。经过提纯的半导体称为本征半导体。 半导体的导电性取决于其晶体结构。硅材料和锗材料的晶体结构如下图所示。 对于电子器件的要求主要有两个：一个是具有放大能力，一个是具有非线性。 1.1.1 本征半导体 共价键结构使得价电子一般不能挣脱共价键的束缚，不能自由移动，所以不导电。 在外界因素（温度、光照）影响下，少数价电子获得一定能量，可以挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在原处形成一个空穴。 电子和空穴都可以参与导电，半导体的导电能力与电子和空穴浓度有关，电子和空穴浓度与温度和光照条件有关。 本征半导体的电子和空穴浓度相等。在一定温度和光照条件下，产生和复合形成动态平衡。 在绝对零度和没有光照的情况下，半导体中没有自由电子和空穴产生，此时半导体不导电，如同绝缘体。 尽管电子空穴对的产生使得半导体具有一定的导电性，但是其导电性能依然很弱。 能够自由移动的带电粒子称为载流子，电子和空穴都是载流子。 本征半导体中电子和空穴成对产生，成对复合，即电子浓度和空穴浓度相等。 由于电子空穴浓度与温度和光照有关，故本征半导体具有热敏特性和光敏特性。同时表明，电子器件具有温度特性。 硅原子外层有32个电子，锗原子外层有24个电子。故硅原子的价电子离原子核远，锗原子的价电子离原子核近，锗原子的价电子更容易挣脱共价键的束缚形成电子空穴对。故一定温度下，鍺材料的电子空穴浓度远远大于硅材料，两者相差三个数量级。 实际应用中，硅管比锗管应用更为广泛，因为其温度稳定性好得多。 要改变本征半导体的导电性，一般采取掺杂的方法。即在本征半导体材料中掺进三价元素或者五价元素。 1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入少量其它元素（杂质）可以极大地改变半导体的导电性能，这种掺入了其它元素的半导体称为杂质半导体。 杂质一般有两种：即五价元素（例如磷）和三价元素（例如硼）。 所掺入的五价元素的价电子中有一个不能与本征半导体的价电子组成共价键，从而形成一个自由电子。这种半导体提供带负电荷的载流子，故称为N型半导体。 一个杂质原子提供一个载流子，故载流子浓度取决于掺杂浓度。掺杂浓度一般很低，但是比本征半导体的载流子浓度高得多，故掺杂使得半导体的导电性能得到很大的改变。 由于五价元素提供了自由电子，所以称为施主原子。 所掺入的三价元素的价电子中只有三个能与本征半导体的价电子组成共价键，从而形成一个空穴。这种半导体提供带正电荷的载流子，故称为P型半导体。 由于三价元素提供了空穴，而空穴可以接受自由电子，所以称为受主原子。 杂质半导体的导电性能远远高于本征半导体。 N型半导体中，自由电子的浓度远远大于空穴浓度，所以其中自由电子为多数载流子，简称“多子”，而空穴为少数载流子，简称“少子”。 P型半导体中，空穴浓度远远大于自由电子浓度，所以其中空穴为多数载流子，即空穴为多子，自由电子为少子。 由于杂质半导体中多子浓度大，则与少子复合的机会增大，故“多子越多，少子越少”。 杂质半导体中导电性能取决于多子浓度，而多子浓度取决于掺杂浓度，故杂质半导体的导电性能与温度几乎无关。 故杂质半导体与本征半导体不同，杂质半导体导电性能比本征半导体高得多，而且导电性能与温度无关；而本征半导体导电性能弱，而且与温度密切相关。 半导体器件的核心，